Die ökonomische und ökologische Energiebereitstellung stellt eine zentrale gesellschaftliche Herausforderung dar. Diese wird durch die steigenden Umweltbelastungen bei gleichzeitig wachsendem weltweitem Energiebedarf und zunehmender Ressourcenverknappung bedingt. Für mobile Antriebe nimmt insbesondere die Verminderung des bei der motorischen Verbrennung entstehenden Treibhausgases CO2 sowie der Schadstoffemissionen ein wichtiges Ziel ein. Dies sind zum Beispiel Stickoxide (NOx), Kohlenmonoxid (CO), unverbrannte Kohlenwasserstoffe (uHC) und Ruß, die erheblich zur städtischen und regionalen Luftverschmutzung beitragen. Zur Realisierung von hohen Wirkungsgraden bei gleichzeitig niedrigen Schadstoffemissionen untersucht die FOR2401 die zukunftsträchtige Niedertemperaturverbrennung (NTV). Die NTV kann sowohl auf Ottomotoren (Gasoline Controlled Auto Ignition, GCAI) als auch auf Dieselmotoren (Premiexed Charge Compression Igniton) angewendet werden und zeichnet sich als ein Brennverfahren aus, welches das Potential bietet, bereits innermotorisch die Emissionen deutlich zu reduzieren. Die Komplexität der Prozessführung ist einer der wesentlichen Gründe, welcher die technische Anwendung der NTV aktuell verhindert. Der Ablauf der NTV wird maßgeblich von lokalen thermodynamischen Zuständen und strömungsmechanischen Effekten bestimmt. Die Zeitskalen der hierbei auftretenden Abläufe sind kleiner als die des Verbrennungszyklus und können deshalb nicht mit einer dem Stand der Forschung entsprechenden zyklusbasierten Regelung beeinflusst werden. Um eine hinsichtlich Stabilität, Wirkungsgrad und Schadstoffemissionen verbesserte Prozessführung zu ermöglichen, werden im Rahmen der Forschergruppe Multiskalenregelungskonzepte untersucht, welche Neuland darstellen. Zur erfolgreichen Realisierung der Multiskalenregelung müssen grundlegende Forschungsfragen aus den Disziplinen Chemie, Verbrennungstechnik, Motorenforschung, Regelungstechnik und Numerik geklärt werden. Aus diesem Grund setzt die Forschergruppe auf einen stark vernetzten, interdisziplinären Ansatz. Innerhalb der FOR2401 soll ein detailliertes physikalisch-chemisches Prozessverständnis der NTV und der zugehörigen Beeinflussungsmöglichkeiten entwickelt werden, wodurch eine Beschreibung in Form von mathematischen Modellen ermöglicht wird. Aufbauend auf diesen Erkenntnissen werden maßgeschneiderte regelungstechnische Methoden entwickelt, die auf Echtzeitoptimierung basieren und die Kontrolle auf einer kleineren als der aktuell möglichen Zeitskala erlauben. Die Forschung erfolgt im engen Schulterschluss zwischen Natur- und Ingenieurswissenschaftler/innen der Universität Bielefeld, der Universität Freiburg und der RWTH Aachen University.
Als Reaktion auf das Problem der Phosphorverknappung wurden eine Reihe von sogenannten Phosphorplattformen initiiert, welche die Aktivitäten auf dem Gebiet der Phosphorforschung bündeln und den Kenntnisstand zum Thema Phosphor (P) substantiell verbessern sollen. Ziel ist eine effiziente und nachhaltige Nutzung der verfügbaren Phosphorressourcen. In diesem Rahmen setzt das Schwerpunktprogramm (SPP) 1685 den Fokus auf diejenigen Prozesse, die den Phosphorkreislauf im Ökosystem Wald bestimmen. Das vorliegende Projekt soll die Anstrengungen innerhalb des SPPs methodisch und konzeptionell erweitern, in dem P-relevante Prozesse an Oberflächen mit Methoden der Computerchemie auf molekularer Ebene untersucht werden. Während die experimentellen Arbeiten darauf ausgerichtet sind, beispielsweise P-Verbindungen an den verschiedenen Testfeldern in ihrer Häufigkeit und Reaktivität zu charakterisieren, ergeben sich durch die Nutzung von computerchemischen Methoden Möglichkeiten, zum detaillierten Verständnis der experimentellen Daten beizutragen. Ziel dieses Projektes ist es, die grundlegenden Mechanismen bei der P-Bindung an Oberflächen im Boden zu bestimmen und beeinflussende Faktoren zu untersuchen. Dazu sollen molekulare Modelle für P-relevante Prozesse im Boden entwickelt und in numerischen Simulationsprotokollen implementiert werden. Dabei können wir auf bestehende Vorarbeiten zu agrarischen Ökosystemen aufbauen. In Kooperation mit experimentellen Partnern im SPP und an der Universität Rostock sollen folgende Fragen beantwortet werden: (i) Welche Bindungsmotive gibt es für organische und anorganische P-Verbindungen an Mineraloberflächen im Boden und was sind die Bindungsenergien? Wie werden diese Eigenschaften z.B. durch den pH-Wert beeinflusst? (ii) Wie hängt die Bindung von der Art und den Eigenschaften der Oberfläche ab, z.B. Vergleich alkalische (Ca) vs. saure (Al,Fe-Oxide) Oberflächen, wie sie für die verschiedenen Testfelder im SPP typisch sind. (iii) Welchen Einfluss hat die Bedeckung der Oberfläche mit für Waldböden typischen organischen Substanzen, die z.B. aus der Aktivität von Mikroben stammen. (iv) Welche Unterschiede/Gemeinsamkeiten gibt es zwischen der P-Bindung an Mineraloberflächen und an makromolekularen organischen Bodensubstanzen?
Phosphor wird auf verschiedensten Skalen rezykliert: Diese reichen von der Ökosystemebene über Kreisläufe innerhalb der mikrobiellen Gemeinschaft bis hin zu Kreisläufen innerhalb von Einzelorganismen. Ziel des Projektes ist es, mikrobielle P-Umsatzmodelle auf der Organismenebene und auf der Ebene mikrobieller Gemeinschaften zu unterscheiden. Es wird davon ausgegangen, dass P-Kreisläufe auf der Organismenebene überwiegend zur Aufrechterhaltung (Maintenance) der eigenen Zellfunktionen erfolgen. Dagegen umfassen P-Kreisläufe auf der Ebene mikrobieller Gemeinschaften i) die P-Freisetzung durch Absterben und Zelllyse mit anschließendem ii) mikrobiellem Wachstum und P-Aufnahme. Unserem Vorhaben liegen folgende Hypothesen zugrunde: 1) Erfogen P-Umsätze überwiegend aufgrund von Zelltod und Wachstum, so sind diese wesentlich schneller als Kreisläufe zur Aufrechterhaltung der Zellfunktion. 2) In P-reichen Böden (akquirierenden Ökosystemen) erfolgt mikrobieller P-Umsatz schneller und vor allem durch Zelltod und Wachstum, während in P-armen Böden (rezyklierenden Ökosystemen) P-Umsatz überwiegend zur Aufrechterhaltung und langsamer erfolgt, da die eingeschränkte P-Verfügbarkeit eine effizientere Ressourcennutzung fordert. 3) Eine hohe C- und N-Verfügbarkeit stimuliert P-Umsatz vor allem in Folge von Zelltod und Wachstum, 4) was in bakteriellen Gemeinschaften schneller als in pilzlichen erfolgt.Fünf unabhängige Ansätze ermöglichen die Untersuchung und Unterscheidung von P-Umsätzen auf Organismen- und Gemeinschaftsebene: 1) Unterschiedlicher Einbau von 33P, 14C und 13C in Phospholipide , 2) Unterschiedlicher Einbau von 33P und 14C in DNA, 3) ATP-Gehalt und Adenylat-Energie-Ladung, 4) Modifikation der CO2-Freisetzung durch P-Applikation und 5) Wärmeabgabe (Kalorimetrie) des Bodens. Zudem wird ein neuer präperativer Ansatz entwickelt, um den 33P-, 14C- und 13C-Einbau in Phospholipide individueller Mikrobengruppen zu analysieren. Die Hypothesen werden an Böden getestet, die sich hinsichtlich ihres P-Gehaltes (Luess vs. Bad Brückenau) und ihrer P-Speziierung (Mittelfels vs. Achenpass) unterscheiden. Hierfür werden Mikrokosmen- und Feldexperimente durchgeführt. Aus der Dynamik von Einbau und Freisetzung von 33P und 14C in spezifische Mikrobengruppen lassen sich P-Umsätze infolge von Zelllyse und Wachstum von solchen zur Aufrechterhaltung in akquirierenden und rezyklierenden Ökosystemen unterscheiden und abschätzen. In Kooperation werden Mikrokosmen- und Feldexperimente durchgeführt um den Einfluss der C-Freisetzung in die Rhizosphäre bei variabler P-Verteilung auf die P-Rezyklierung zu untersuchen. Der Effekt von P- und N-Addition auf mikrobielle P-Kreisläufe wird in einem faktoriellen NxP-Düngungsversuch unter Freilandbedingungen analysiert.Diese Untersuchungen werden neue Wege zur Unterscheidung der P- und Nährstoffkreisläufe zwischen Gemeinschafts- und Organismusebene weisen und den Beitrag von Tod/Wachstum vs. Aufrechterhaltung in Ökosystemen bestimmen.
P ist für alle Lebewesen ein lebensnotwendiges Nährelement. In terrestrischen Ökosystemen ist P häufig ein limitierender Nährstoff. Der P-Gehalt im Oberboden beeinflusst die Pflanzenartenvielfalt im Dauergrünland. P ist für die Eutrophierung von Oberflächengewässern hauptverantwortlich. Außerdem gehört P zu den knappen Rohstoffen. Die Preise für mineralische P-Dünger werden deshalb in Zukunft vermutlich weiter steigen. Ein effizienter Einsatz mineralischer P-Dünger ist daher sowohl aus Gründen des Natur- und Umweltschutzes als auch aus Kostengründen notwendig. Von einer ressourcenschonenden und umweltverträglichen Grünlandbewirtschaftung wird erwartet, dass die Düngung den P-Bedarf der Pflanzen deckt, gleichzeitig aber die P-Verluste durch Erosion, Abschwemmung und Auswaschung so gering wie möglich gehalten werden. Daher ist es notwendig, die Düngung an den zeitlichen und mengenmäßigen Nährstoffbedarf der Vegetation anzupassen. Um dieses Ziel zu erreichen, muss einerseits der saisonabhängige P-Bedarf der Pflanzen bekannt sein und andererseits die P-Dynamik im Boden berücksichtigt werden. Die P-Dynamik im Boden ist von vielen Bodeneigenschaften abhängig. Entscheidend sind vor allem pH-Wert, Bodenwasserhaushalt (Redoxpotential), Bodentemperatur und mikrobielle Aktivität (Phosphataseaktivität) im Boden. Für die Optimierung von P-Düngemaßnahmen sind daher Kenntnisse über die P-Dynamik im Boden und die verschiedenen P-Pools im Boden notwendig. Davon hängt die Ausnutzbarkeit und Ertragswirksamkeit der P-Dünger und somit die bedarfsgerechte Menge und der optimale Zeitpunkt der P-Düngung ab. Über die P-Dynamik im Boden in Abhängigkeit vom Bodenwasserhaushalt und die verschiedenen P-Pools in österreichischen Grünlandböden ist bisher noch wenig bekannt. Die Thematik ist aber von großer praktischer Relevanz, weil P ein knapper Rohstoff mit großer Umweltwirkung ist. Sowohl aus landwirtschaftlicher als auch aus wasserwirtschaftlicher Sicht stellen sich folgende Fragen: - Werden die verschiedenen P-Pools im Boden durch langjährige Düngung unterschiedlich angereichert? - Welchen Einfluss hat die Höhe der jährlich ausgebrachten P-Düngermenge? - Bestehen Unterschiede zwischen mineralischer und organischer Düngung? - Welche P-Pools im Boden werden bei fehlender Düngung bevorzugt abgereichert? - Bestehen hinsichtlich P-Pools Unterschiede zwischen verschiedenen Tiefenstufen im Boden? - Welchen Einfluss haben Grundwasserspiegelschwankungen und Veränderungen des Bodenwassergehaltes auf die P-Dynamik und P-Mobilität im Boden? - Haben feuchte und nasse Grünlandstandorte einen geringeren P-Düngerbedarf als wechselfeuchte oder frische Standorte? Für die Beantwortung dieser Fragen bieten sich Langzeitfeldversuche an. Langzeitfeldversuche wurden in Gumpenstein 1960 und in Admont 1946 angelegt. Die Düngungs- und Nutzungsgeschichte auf den einzelnen Versuchsparzellen ist bestens dokumentiert. (Text gekürzt)
In den letzten Jahren sind biologisch Biokunststoffe immer mehr zum Forschungsinteresse geworden. Die Gründe liegen einerseits in der Suche nach Alternativen zur Verwendung von Kunststoffen auf Erdölbasis angesichts der zur Neige gehenden Erdölreserven und andererseits am Anwachsen der Müllberge und den damit verbundenen Problemen. Biokunststoffe können wie konventionelle Kunststoffe für eine große Vielfalt von Produkten, eingesetzt werden. Vor allem für kurzlebige Güter, wie Verpackungen oder Catering-Artikel sind Produkte aus Biokunststoff in höchstem Maße geeignet. Biokunststoffe werden aus nachwachsenden Quellen gewonnen und sind durch Mikroorganismen, also durch Kompostierung wieder abbaubar. Das vorliegende Projekt befasst sich mit Polyhydroxyalkanoaten (PHA), diese unterscheiden sich von anderen Biokunststoffen durch vorteilhafte Eigenschaften, wie Gasbarriereeigenschaften, Wasseraufnahme und Schmelztemperatur. Im Rahmen des beantragten Impulsprojektes soll ein wirtschaftlicher und ökologischer Prozess zur Herstellung von PHA entwickelt werden. Die Herausforderung liegt darin, ein neues Verfahren zu entwickeln, in dem einerseits auf die gegenseitige Wechselwirkung der einzelnen Grundoperationen bedacht genommen wird und andererseits danach getrachtet wird, Prozessnebenprodukte, nicht als Abfallströme aus dem Prozess ausschleusen zu müssen, sondern durch geeignete Aufbereitung wieder in den Prozess rückzuführen. Maximale Kreislaufschließung soll ermöglichen, ein Produkt, das den Anforderungen an Ressourcenschonung, Deponieentlastung und Abfallverarbeitung genügt, in einem Verfahren der Cleaner Produktion herzustellen.
Die Forderungen nach einem nachhaltigen Phosphor (P) Management werden seit Jahren dringlicher, vorangetrieben insbesondere durch die Erkenntnis, dass einerseits versorgungsseitig eine große Importabhängigkeit besteht, und andererseits die beträchtliche Ineffizienz in der Nutzung dieses essentiellen Elements aufgezeigt wurde. Die größtenteils gute Datenlage zu P in Österreich ermöglichte es, diesen Stoff und seine Stoffflüsse in hohem Detail nachzuverfolgen und ungenützte Potentiale wie beispielweise in Klärschlamm und Tiermehl auf nationaler Ebene zu quantifizieren (Egle et al., 2014; Zoboli et al., 2016a, b). Zur Ausschöpfung des P-Potentials des Abwassers wurde eine Reihe von Verfahren entwickelt, die P aus Abwasser, Klärschlamm oder Klärschlammasche rückgewinnen können. Begleitet wurden diese Entwicklungen durch Studien über die technologische, ökonomische und ökologische Bewertung dieser Verfahren, die deren Leistungsfähigkeit in Bezug auf ein effizientes P-Recycling, deren Kosten und deren technische Entwicklung aufzeigten (Egle et al., 2014). Die vorhandenen Potentiale und Möglichkeiten zur P-Rückgewinnung sind daher bekannt, gleichzeitig hat sich jedoch gezeigt, dass eine P-Rückgewinnung derzeit wirtschaftlich nicht selbsttragend ist und die rechtlichen Rahmenbedingungen, sowie Anreize für ein effizientes Recycling, erst geschaffen werden müssen. Dementsprechend wurden vom BMLFUW für den Bundes-Abfallwirtschaftsplan (BAWP) 2017 (BMLFUW, 2017) die Strategien zur zukünftigen Klärschlammbewirtschaftung und die Vorgaben für eine P-Rückgewinnung ausgearbeitet, und in Entwurf-Fassung bereits bekannt gegeben. Hiernach soll konkret die landwirtschaftliche Ausbringung von Klärschlamm von Kläranlagen größer als 20.000 EW60 verboten und gleichzeitig eine verpflichtende P-Rückgewinnung auf jenen Kläranlagen eingeführt werden. Projektziele - Aus diesem Forschungsbedarf wurden für dieses Projekt folgende Ziele abgeleitet: - Bewertung der ökonomischen und ökologischen Effizienz von Szenarien der Phosphorrückgewinnung aus Klärschlamm unter Einbeziehung der regionalen Strukturen des Klärschlammaufkommens, durch Darstellung von volkswirtschaftlichen Kosten und Investitionskosten, der zu schaffenden Strukturen, sowie von Umweltauswirkungen (Erhöhung des Treibhausgaspotentials, der Schwermetallbelastung der Landwirtschaft, ...) - Darstellung möglicher Folgen und Widersprüche von gesetzlichen Vorgaben für die Erreichung der Ziele für P-Recycling und allenfalls für andere Bereiche der Abwasser- und Abfallwirtschaft - Ableitung von geeigneten Ansätzen für die Festlegung von Steuerungselementen für ein optimiertes Phosphormanagement in Österreich. (Text gekürzt)
Das übergeordnete Ziel in Animal-Futures ist die Entwicklung von Strategien, die die Komplexität der tierischen Produktionssysteme (animal production systems APS) in Bezug auf ihre sozio-ökonomische und ökologischen Einflussfaktoren berücksichtigen und auf Basis derer Aussagen und Handlungsoptionen über die zukünftige Nachhaltigkeit unterschiedlicher Produktionsformen gemacht werden können. Animal-Futures basiert auf der Entwicklung und Bewertung eines Kosten-Nutzen-Portfolios, welches auf den drei Säulen der Nachhaltigkeit beruht, in dem Wirtschaft, Umwelt und Gesellschaft als gleichrangig betrachtet und unterschiedliche räumliche und zeitlichen Skalen integriert werden. Ein Portfolio besteht aus einer Vielzahl wirtschaftlicher, ökologischer und sozialer Aspekte, welche die einzelnen Akteure, z.B. Produktionsbetriebe, bei der Nachhaltigkeitsbewertung als wichtig erachten. Die Nutzen beziehen sich auf ökonomische Parameter (Cashflow, Einkommen etc.), soziale Leistungen (Arbeitsplätze, Produktqualität und Sicherheit im Zusammenhang mit menschlicher Ernährung usw.) und ökologische Vorteile (Biodiversität und Ökosystemleistungen). Kosten umfassen negative Umweltauswirkungen (Treibhausgasemissionen), die Nutzung knapper natürlicher Ressourcen (Land, Wasser, Nährstoffe und Energie) und ethische Fragen im Zusammenhang mit dem Wohlergehen von Nutztieren sowie der Prosperität landwirtschaftlicher Betriebe. Die Arbeit in Animals Futures basiert auf drei Hypothesen: a) ökonomische, ökologische und soziale Vorteile und Kosten von APS sind nicht unabhängig voneinander, und dies führt zu trade-offs und Synergien zwischen Nutzen und Kosten in verschiedenen APS in Europa, b) sozioökonomische und ökologische Rahmenbedingungen prägen das Nutzen-Kosten-Portfolio von APS. Die Verschiedenheit regionsspezifischer Portfolios unterstreicht die Bedeutung regional ausgerichteter Nachhaltigkeitspfade; und c): die Einbettung und Vernetzung verschiedener räumlicher Skalen spielt eine wichtige Rolle bei Nutzen und Kosten z.B. Bauernhof, Region, Nationalstaat, Europa sowie zwischen diesen Skalen. Die Berücksichtigung der Skaleninteraktionen ist notwendig um die mehrdimensionalen Konsequenzen von verschiedenen Innovationen/Strategien abzubilden. Eine Innovation könnte beispielsweise auf einem bestimmten Niveau (z. B. der Farm) greifen, allerdings auf einer höheren räumlichen Ebene aufgrund von Auslagerungseffekten wirkungslos bleiben. Mit Hilfe der Portfolios können Leistungsvergleiche zwischen APS in Europa gemacht werden. (Text gekürzt)
Deutschland sandte 1936 erstmals Walfangflotten in die Antarktis, Fischkonsum galt in dieser Zeit als patriotische Pflicht und die Verbraucher mussten sich an Produkte wie Torten mit Fischeiweiß und Gürtel aus Fischleder gewöhnen. Warum gewann das Meer als Rohstoff- und Nahrungsquelle in den Vorkriegsjahren der NS-Zeit eine Bedeutung wie es sie in Deutschland vorher und nachher nicht besaß? Teil der Aufrüstungspolitik des nationalsozialistischen Deutschlands war eine Autarkiewirtschaft, der es jedoch trotz aller Anstrengungen nie gelang, alle benötigen Rohstoffe und Nahrungsmittel im eigenen Land zu erzeugen. Die Ergebnisse von Fischerei und Walfang ließen sich jedoch im Unterschied zur deutschen Landwirtschaft praktisch ohne Inanspruchnahme von Devisen oder heimischen Ressourcen noch deutlich steigern, und auch durch die Verarbeitung zu neuen Ersatzstoffen sollten sie an die Stelle vieler knapper Nahrungsmittel und Rohstoffe treten. Ressourcen aus dem staatsfreien, herrenlosen und oft als unerschöpflich gedachten Meer schienen somit eine Ideallösung zu sein für eine Volkswirtschaft, die unter der rüstungsbedingten Autarkiepolitik Importe vermeiden wollte und doch aus dem eigenen Land heraus allein nicht leben konnte. Ökologische, technische, außenpolitische sowie wirtschaftliche Faktoren und nicht zuletzt die auch unter dem NS-Regime nur bedingte Lenkbarkeit des Verbrauchers setzten dieser Politik der forcierten Ausbeutung des Meeres allerdings Grenzen, die in den wenigen Jahren bis zum Kriegsausbruch bereits spürbar wurden.
| Organisation | Count |
|---|---|
| Bund | 283 |
| Kommune | 3 |
| Land | 20 |
| Weitere | 5 |
| Wirtschaft | 2 |
| Wissenschaft | 119 |
| Zivilgesellschaft | 33 |
| Type | Count |
|---|---|
| Förderprogramm | 270 |
| Text | 16 |
| unbekannt | 3 |
| License | Count |
|---|---|
| Geschlossen | 19 |
| Offen | 270 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 259 |
| Englisch | 76 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Bild | 4 |
| Dokument | 20 |
| Keine | 169 |
| Webseite | 108 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 272 |
| Lebewesen und Lebensräume | 255 |
| Luft | 202 |
| Mensch und Umwelt | 289 |
| Wasser | 165 |
| Weitere | 285 |